Development of Low Gain Avalanche Detectors (LGAD) for High- and Low-penetrating particles in silicon

Resum

Aquesta tesi presenta el desenvolupament de detectors de baixa amplificació per avalanxa (LGAD) a l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM). El treball se centra principalment en el disseny, l’optimització i la fabricació de sensors LGAD per a experiments de física d'altes energies (HEP) i, específicament, per a experiments del Gran Col·lisionador d'Hadrons d'alta lluminositat (HL-LHC) al CERN. El HL-LHC té com a objectiu una actualització en els propers anys, augmentant la seva lluminositat per permetre la recopilació de més dades en períodes de temps més curts, la qual cosa, alhora, incrementarà la probabilitat de descobrir noves partícules. Com a conseqüència, els detectors de silici utilitzats en els experiments del HL-LHC han de demostrar una tolerància excepcional a la radiació, així com un rendiment excel·lent de seguiment i temporització per evitar els efectes de superposició (pile-up), sent els LGAD un candidat excel·lent per a complir aquesta tasca ambiciosa._x000D_ Tot i que el desenvolupament principal dels LGAD s'ha enfocat en experiments de HEP, aquests detectors també ofereixen aplicacions potencials més enllà d’aquest camp. Concretament, els LGAD tenen un gran potencial per a la detecció de partícules de baixa penetració en silici. Per tal d'adaptar-se a aquestes aplicacions, va ser necessari un redisseny dels LGAD, ja que originalment estaven optimitzats exclusivament per a experiments de HEP. Com a resultat, es va desenvolupar el nLGAD a l’IMB-CNM, el qual manté el rendiment excel·lent dels dispositius LGAD tradicionals, però optimitzat específicament per a la detecció de partícules de baixa penetració. El disseny, l'optimització i la fabricació de sensors nLGAD de l’IMB-CNM representen un aspecte significatiu d’aquesta tesi._x000D_ A més, un LGAD o nLGAD es pot personalitzar tecnològicament per assolir un factor d’ompliment del 100 %, fet que és crucial per a aplicacions que requereixen una sensibilitat millorada dels detectors de silici. Aquesta tesi tractarà específicament el potencial del Trench iLGAD (TiLGAD) per assolir aquest objectiu._x000D_ En conjunt, aquest treball cobrirà el disseny, la simulació, l'optimització, la fabricació i la caracterització dels sensors LGAD de l’IMB-CNM en diverses configuracions tecnològiques, cadascuna adaptada per abordar qüestions clau en l'àmbit de la detecció de partícules.

Data del Ajut	28 de nov. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Giulio Pellegrini (Director/a) & Salvador Hidalgo Villena (Director/a)